Материалтану
Сіңірілген дозаларды есептеу
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
keqyGSjJbAf41ImazFiVHY2d8lrWwT
Сіңірілген дозаларды есептеуҒарыштық радиацияның әсерінен туындайтын ҒА жабдықтары материалдары мен элементтері сипаттамаларының нашарлауын болжау үшін қаралатын объектілерде белгілі бір уақыт аралықтарында және аппаратты пайдаланудың барлық болжамды кезеңінде жинақталатын дозалар туралы деректер болуы қажет. Пайдалану ұзақтығының ұлғаюымен және ҒА борттық жабдығының күрделенуімен жұтылған дозаларды анықтау дәлдігіне және есептеулердің егжей-тегжейлі дәрежесіне қойылатын талаптар артады. Қазіргі заманғы ҒА-да әртүрлі қалыңдықтағы қорғаныш экрандарының артында пайдаланылатын микроэлектроника элементтерінің көп болуы аппаратураның нақты блоктары үшін, тіпті осы блоктардың құрамындағы жекелеген микросхемалар үшін сіңірілген дозаларды білуді талап етеді. Төменде ғарыштық радиацияның әртүрлі компоненттері туралы жоғарыда келтірілген деректерге негізделген, сіңірілген дозаларды есептеудің қолданылатын әдістері қарастырылады. Қарапайым конфигурациядағы қорғаныс экрандарының дозаларын есептеудің жалпы принциптері Жалпы жағдайда ҒА жабдықтарының материалдары мен элементтеріндегі ғарыштық сәулеленудің сіңірілген дозасын есептеу жүргізілетін физика-математикалық модельге мыналар кіреді: әсер ететін сәулеленудің сипаттамалары (бөлшектердің түрі, энергетикалық спектрлер, бұрыштық үлестірімдер); заттағы бөлшектердің тасымалдануын сипаттайтын көлік теңдеулері; компьютерлік есептеулерді жүргізу кезінде модельденген ортаны іріктеу алгоритмдері. Масса бірлігіндегі энергияны сіңіру жылдамдығы, яғни x нүктесінде D(x) дозасының жинақталу жылдамдығы өрнекпен анықталады: мұндағы -заттың тығыздығы; Sj = (dE/dx)j; fj (x, E, – әрпінің бөлшектерін x координатасы, E энергиясы және дене бұрышы бойынша бөлу функциясы. Сандық есептеулер жүргізу кезінде заттың тежеу қабілетінің өрнегі келесі түрде ұсынылуы мүмкін: Мұндағы )j - n энергиясы бар ортада j әрпінің энергетикалық күйіндегі қозу процесінің тиімді қимасы; 0-негізгі күй энергиясы; N-зат көлемінің бірлігіндегі атомдар саны. Сіңірілген дозаның кеңістіктік таралуын есептеу міндеті D(x) есептеулердің дәлдігі мен егжей-тегжейлі дәрежесіне қойылатын талаптармен анықталған әртүрлі жуықтауларда шешілуі мүмкін. Белгілі бір қалыңдықтағы қабықтың ішінде орналасқан ҒА жабдығы үшін орташа мөлшерді бағалау салыстырмалы түрде қарапайым есептеу модельдерінің көмегімен жасалуы мүмкін. Маңызды есептеу ресурстарын пайдалануды қажет етпейтін алғашқы ұқсас модельдерде зарядталған бөлшектердің энергетикалық спектрлері, берілген қалыңдығы мен энергия мөлшерінің қорғаныш экрандарының артында, осындай энергетикалық спектрлері бар бөлшектер экранның артында орналасқан затқа (детекторға) берілген. Al көбінесе экранның заты ретінде жақсы модельдерде қарастырылады, ал детектор заттары Si болып табылады. Сур. 5.20 төмен Жер орбитасында әр түрлі қалыңдықтағы алюминий экрандардан өткеннен кейін электрондар мен протондардың дифференциалды энергетикалық спектрлерінің өзгеруін көрсетеді. Бөлшектердің бастапқы спектрлері қалыңдатылған сызықтармен ерекшеленеді, экрандардың қалыңдығы (в г∙см-2) қисық сандармен көрсетілген. Электрондар ағыны ЖРБ-ға тән энергияның барлық диапазонында тиімді сіңірілетінін көруге болады, ал 20-30 МэВ-тан жоғары энергиясы бар протондар жеткілікті қалың экрандармен де аздап сіңеді. Алайда, электрондар экран затымен әрекеттескен кезде жоғары ену қабілеті бар тежегіш сәулелену кванттарының ағымы пайда болатындығын есте ұстаған жөн. Әрбір сәулеленудің қорғаныш экранның әртүрлі қалыңдығында сіңірілген дозаның мөлшеріне қосқан үлесі төменде бірқатар мысалдарда көрсетіледі. Сур. 4.20. Әр түрлі қалыңдықтағы қорғаныс экрандарының артындағы электрондардың (а) және протондардың (б) ЖРБ дифференциалды энергетикалық спектрлерінің өзгеруі Кейінірек дәлірек компьютерлік модельдер жасалды, олардың ішінде кеңінен қолданылатын SHIELDOSE моделін атап өту керек. Ғарыштық сәулеленудің ҒА жабдықтары мен элементтеріне әсерін талдау үшін арнайы әзірленген бұл модельде электрондар мен протондардың изотропты ағындарының экранмен және оның артында орналасқан детектормен өзара әрекеттесуі қарастырылады, олардың өлшемдері экран өлшемдеріне қатысты аз. Экрандағы және детектордағы бөлшектердің энергия шығынын есептеу үшін ғарыштық сәулеленуге тән бөлшектердің энергиясы кезінде электрондар мен протондардың затпен әрекеттесуі туралы Монте–Карло әдісімен алдын-ала есептелген мәліметтер базасы қолданылады. Есептеулер кезінде үш конфигурацияның экрандары қолданылады (сурет. 5.21): а – жұқа жалпақ экран (пластина), б – қатты жартылай шексіз қабат, в-қатты сфералық экран. Жартылай шексіз экранның (б) айырмашылығы, оның қалыңдығында z тереңдігінде детектор орналасады, қалыңдығы z (а) пластинадан, детектордың артында экран заты болған кезде, детекторға сәулелендірілген бетке қарай шашыраңқы бөлшектер мен осы аймақта пайда болатын қайталама сәулелену кванттары түседі. Мұндай қосымша сәулеленудің болуы детектор сіңіретін дозаның жоғарылауына әкеледі. Сур. 4.21. SHIELDOSE моделінде қолданылатын экран конфигурациялары Модельде қолданылатын сфералық экранның (в) конфигурациясына назар аудару керек, оның қабырғалары детекторға жақын орналасқан. Мұндай құрылымның геометриялық ерекшеліктеріне байланысты экранның белгілі бір қалыңдығында сіңірілген дозаның есептелген мәні жалпақ экран үшін есептеу нәтижелерінен айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін. Қуыс сфералық экран (сурет. 5.22), оның ішінде детектор кез-келген жерде орналасуы мүмкін, күрделі жүйелерге жатқызылуы керек, өйткені детекторды радиус бойымен жылжытқан кезде оны экранның сыртқы бетіне түсетін сәулеленуден қорғау шарттары өзгереді. Shieldose моделіндегі экран материалы ретінде Al қарастырылады, ал детектордың материалдары Al, Si, SiO2 және H2O болуы мүмкін. Al детекторы сіңірілген дозаның экранның қалыңдығы бойынша таралуын есептеу кезінде қолданылады, Si және SiO2 микроэлектроника мен оптикалық элементтердің стандартты материалдары ретінде қарастырылады, ал H2O детекторының көмегімен биологиялық объектілер үшін сіңірілген дозалар есептеледі. Сур. 4.22. Қуыстың ортасында детекторы бар сфералық экран SHIELDOSE негізінде RЕDMODЕLS бағдарламасы құрылды, онда ЖРБ электрондары мен протондарының энергетикалық спектрлері туралы бастапқы мәліметтер AE-8 және AP-8 модельдерінің көмегімен анықталады, ал сіңірілген дозаны есептеу процедурасы SHIELDOSE бағдарламасында жүзеге асырылады. Red MODELS бағдарламасына жүгінген кезде ҒА орбитасының параметрлері және айналымдар саны бойынша немесе аппараттың ұшу уақыты бойынша жұтылған дозаның шамасын орташаландырудың талап етілетін аралықтары белгіленеді. Бағдарлама қарастырылып отырған орбиталар мен протондар, электрондар және тежегіш сәулелену тудыратын дозалар үшін ЖРБ бөлшектерінің дифференциалды және интегралды энергетикалық спектрлері туралы ақпарат алуға мүмкіндік береді, бұл электрондардың экран затымен әрекеттесуі кезінде пайда болады. Жер төңірегіндегі орбиталардағы дозалар Типтік орбиталарда сіңірілген дозаның шамасы туралы жалпы ұғымды қорғаныс экраны қалыңдығының екі мәні кезінде жылдық сіңірілген дозаның орташа мәндері келтірілген 5.3-кесте береді. Кесте 4.3. Жердің магнитосферасы ішіндегі типтік орбиталар үшін жылдық сіңірілген дозалар
Сур. 4.23. Сіңірілген дозаның ХҒС орбитасындағы қорғаныс экранының қалыңдығына тәуелділігі: 1 – жиынтық доза; 2 және 3-тиісінше ЖРБ протондары мен электрондарының үлесі; 4-электрондар тудыратын тежегіш сәулеленудің үлесі 4.23 - сур. күн белсенділігінің ең жоғары кезеңінде ХҒС орбитасында ЖРБ бөлшектерімен түзілетін тәуліктік жұтылған доза шамасының қорғаныш экранының қалыңдығына байланысты келтірілген. Қорғаныс экранының қалыңдығы аз болған кезде (~1 г×см-2 аз) ЖРБ электрондарына байланысты доза басым болады, ал экран қалыңдығының жоғарылауымен протондар дозаға негізгі үлес қосады. Тежегіш сәулелену, протон ағыны сияқты, қалыңдығы үлкен экрандар арқылы өтеді, бірақ ол жасаған доза протондармен салыстырғанда шамамен екі есе аз. Сур. 4.24. Кремнийдің беткі қабатындағы сіңірілген дозаны ГСО-ға бөлу: 1 – жиынтық доза; 2 және 3-протондар мен электрондардың үлесі 5.24 - сур. яға ГСО-да болған жылы жиналатын материалдың (Si) жұқа беткі қабаттарында дозаның таралуы келтірілген. Бұл суретте ыстық магнитосфералық плазманың сіңірілген дозаның мөлшеріне қосқан үлесі айқын көрсетілген. Сіңірілген дозаның барлық компоненттерін есепке алу материалдар мен жабындарға радиациялық әсерді талдау кезінде өте маңызды, пайдалану сипаттамалары беткі қабаттардың жағдайына байланысты. 5.25 - сур. суретте көрсетілгендей нысананың қалыңдығы бойынша сіңірілген дозаның таралуы схемалық түрде көрсетілген. Сур. 5.24 ГСО және ССО үшін. Соңғы жағдайда ыстық магнитсфералы плазма орбитаның полярлық аймақтарды кесіп өтуі салдарынан шағын биіктіктерге өтеді. Металл емес материалдардың радиациялық деградациясын талдау кезінде сіңірілген дозаның мұндай таралуын есепке алуды ММУ ҒЗИЯФ қызметкерлерінің белсенді қатысуымен құрылған халықаралық ISO стандарты ұсынады. Сур. 4.25.Соңғы жылдары электрлі зымыран қозғалтқыштардың көмегімен аз тарту әдісімен ГСО-ға ҒА шығарудың әртүрлі схемалары әзірленуде, олардың әрекеті плазмалық ағынды шығаруға негізделген. Мұндай схемаларда әуе кемесін бастапқы эллиптикалық орбитаға ұшыру керек, содан кейін шамамен алты ай ішінде электрлі зымыран қозғалтқыштарының көмегімен бастапқы орбитаны геостационарлыққа айналдырып, перигей мен апогейдің биіктігін, сондай - ақ орбитаның көлбеуін біртіндеп өзгерту керек. Шығарудың осы әдісімен ҒА-да ЖРБ аймағы арқылы бірнеше рет өтетіндіктен, шығару кезінде алынатын дозаның шамасы туралы мәселе туындайды. ММУ ҒЗИЯФ-да жүргізілген есептеулер шығару траекториясының параметрлерін жеткілікті сәтті таңдау кезінде шығару уақытында алынатын дозаның шамасы ҒА-ның ГСО-да болуының 10 жылдық мерзіміне сәйкес келетін дозаның 10-12% - нан аспайтындығын көрсетті. 5.26 - сур. мысал ретінде алу схемасының нұсқаларының бірі үшін есептелген, қалыңдығы аз қорғаныс экранының артындағы тәуліктік сіңірілген дозаның ұшу уақытына тәуелділігі келтірілген. Бұл тәуелділік магнитосфераның әртүрлі құрылымдық аймақтарынан өткен кезде әсер ететін радиация сипаттамаларының өзгеруін көрсетеді. Ұшу ұзақтығы, тәулік Сур. 4.26. Қорғау қалыңдығы 0,01 г болғанда тәуліктік дозаның ҒА ұшу уақытына тәуелділігі: 1-тежегіш сәулеленуді қоса алғанда электрондардың үлесі; 2-протондардың үлесі; 3-жиынтық мәні Сур. 4.27. ЖРБ бөлшектері тудыратын сіңірілген дозаның радиалды таралуы: 1 – протондар; 2 – электрондар; 3-қорғаныс экранында электрондардың тежелуі кезінде пайда болатын тежегіш сәулелену Сіңірілген дозаның ҒА орбитасының орналасуына тәуелділігін айқын көрсетеді. 4.27, онда әр түрлі биіктіктегі h дөңгелек экваторлық орбиталардың қалыңдығы 1 г×см-2 на болатын қатты сфералық экранның артындағы протондар мен ЖРБ электрондары жасаған дозаны есептеу нәтижелері келтірілген. 1 суретте. 1.2. Әр түрлі қалыңдықтағы z қорғаныс экрандарының артындағы ГСО аймағында ЖРБ, ҒКС және ГҒС бөлшектері шығаратын дозалардың қатынасын суретте көрсету үшін. 4.28 осы орбита үшін күн белсенділігінің 11 жылдық циклі бойынша орташа жылдық дозаларды есептеу нәтижелері келтірілген. ҒКС D, Гр∙ жыл-1 нің дозалары флюенстің пайда болу бөлшектері ықтималдығының екі мәні үшін есептелген: 0,1 және 0,9. Сур. 4.28. Жер төңірегіндегі төмен орбиталарда ҒКС және ГҒС бөлшектерімен пайда болатын дозалар бөлшектер флюенстерінің азаюына әкелетін геомагнитті өріспен бөлшектердің ауытқу әсерінің есебінен 1 ретке төмендетіледі. ҒА радиациялық жүктемелерді есептеуге арналған сәулелік модельдер Нақты күрделі конфигурацияның құрылымы мен жабдықтарының элементтерінде сіңірілген дозаның үш өлшемді кеңістіктік таралуын есептеуге байланысты есептерді шешу үшін екі топқа бөлінетін әртүрлі математикалық модельдер қолданылады. Бірінші топқа ҒА ішіндегі кез келген нүктеде сіңірілген дозаның шамасын есептеу қаралатын нүкте үшін қорғаныс экранының баламалы қалыңдығын есептеуге негізделетін модельдер жатады. Осы мақсатта таңдалған нүктеден сәулелер қарапайым аймақтарға түседі, оларға есептеулер кезінде ҒА моделінің беті бөлінеді. Әрі қарай, әр сәуле үшін қорғаныс экрандарының қалыңдығы, олармен қиылысатын ҒА құрылымдық элементтерінің конфигурациясын және осы элементтер материалдарының физикалық қасиеттерін ескере отырып есептеледі. Мұндай модельдер орташа өнімділігі бар заманауи дербес компьютерлерде жүзеге асырылады және оларды инженерлік есептеулерде қолдануға болады. Екінші топқа жеткілікті күрделі бағдарламалық кешендердің көмегімен орындалатын сандық есептеулерге негізделген компьютерлік модельдер кіреді. Әдетте мұндай модельдерде Монте-Карло әдісінің әртүрлі нұсқалары қолданылады. Бұл топтың модельдері кең есептеу мүмкіндіктеріне ие, бірақ олар өте күрделі және әдетте мамандандырылған ғылыми орталықтарда қолданылады. ҒА-ның есептеу объектілері ретіндегі маңызды ерекшелігі көптеген жағдайларда ғарыштық иондаушы сәулеленудің әсеріне ұшырайтын жұқа сыртқы қабықшаның және дозаны жинақтау, әдетте, үлкен қызығушылық тудыратын ішкі құрылым бөлшектерінің болуы болып табылады. ҒА конструкциясы бір элементтерден екінші элементтерге өту кезінде материалдардың тежеу қабілетінің едәуір кеңістіктік гетерогенділігімен сипатталады. ҒА конструкциясының сәулеленуді қатты сіңіретін элементтері іс жүзінде объектінің ішкі элементтеріне радиациялық әсерді әлсірететін қорғаныс экрандары болып табылады. ҒЗИЯФ ММУ-да жасалған RDOSE моделін қолдана отырып, сіңірілген дозаны есептеу принциптері суретте көрсетілген. 5.29. ҒА геометриялық моделі (ортасында схемалық түрде бейнеленген) блоктар жиынтығынан тұрады, олардың кейбіреулері басқаларына салынған. ҒА-ның күрделі үш өлшемді моделі иерархиялық құрылымға біріктірілген базистік геометриялық элементтер жиынтығынан құрылады. Негізгі элементтер ретінде қарапайым геометриялық беттер және олардың фрагменттері қолданылады: жазықтық, диафрагма, цилиндр, эллипсоид, конус, тор. Модельдің әр элементі үшін материалдың түрі және оның физикалық сипаттамалары берілген. Сур. 4.29. Сәулелік модель көмегімен сіңірілген дозаны есептеу схемасы. Бұл көрсеткіш есептеу нүктесін көрсетеді Модельдің айналасында сфера қалай құрылады, оның беті dS қарапайым платформаларына біркелкі бөлінеді. ҒА ішіндегі есептік нүктеден әрбір алаңның ортасына сәуле жүргізіледі, оның жолы бойынша құрылымның барлық қиылысатын бөлшектерімен және пайдаланылатын материалдардың қасиеттерімен сәуленің кездесу бұрышын ескере отырып, қорғаныстың баламалы қалыңдығы есептеледі. Қоршаған сфераның элементар аймақтарында энергия спектрлері және құлаған зарядталған бөлшектердің бұрыштық таралуы анықталады. Қарастырылып отырған нүктедегі жалпы дозаны есептеу қоршаған ортаның бетіне интеграциялау арқылы жүзеге асырылады. Сіңірілген дозаны есептеу алгоритмі әр dS платформасындағы бөлшектер ағындарының кеңістік-уақыттық өзгеруін ескеруге мүмкіндік береді. Үш өлшемді геометриялық модель құру, бастапқы деректерді анықтау, есептеу тапсырмаларын басқару және нәтижелерді графикалық ұсыну үшін әмбебап интерактивті пайдаланушы интерфейсі жасалды. Сур. 4.30. Интерфейс терезесі 4.30- сур. оның конфигурациясының ерекшеліктерін, құрылымдық элементтер мен жабдық блоктарының орналасуын көрсететін ҒА фрагменті моделінің бейнесі бар интерфейс терезесі көрсетілген. Салынған модельде әр элемент материалдарының физикалық қасиеттері туралы ақпарат бар. 4.31-суретте интерфейс терезесінде көрсетілген ҒA модулі үшін қорғаныс экранының эквивалентті қалыңдығы бойынша сәулелер санының таралуының гистограммасы келтірілген. 5.30. Бөлу гетерогенді екенін көруге болады. 4.32 - сур. қарастырылатын модуль үшін оның кейбір қимасында сіңірілген дозаның таралуын есептеу нәтижелері ұсынылған. Суреттің сол жағындағы тік шкаладағы сандар сіңірілген дозаның нормаланған мөлшерін көрсетеді. Сур. 4.31. Сәулелердің санын қорғаудың эквивалентті қалыңдығы бойынша бөлу Сур. 4.32. ҒА конструкциясының элементтерінде сіңірілген дозаны бөлу Монте–Карло әдісімен ҒА элементтерінде сіңірілген дозалардың таралуын есептеу Монте-Карло әдісі (статистикалық сынақ әдісі) бөлшектердің затпен әрекеттесуін модельдеудің ең тиімді және әмбебап әдісі болып табылады. Бұл әдіс аясында бөлшектердің саны бойынша есептеу нәтижелерін кейіннен орташаландыра отырып, берілген бастапқы энергиясы бар бөлшектердің көп санының ингибиторлық ортадағы қозғалысы байқалады. Ұшатын бөлшек қозғалатын орта жоғарыда айтылғандай бөлшектердің атомдармен өзара әрекеттесу процестерінің бөлімдерімен, сондай - ақ модельделген көлемнің геометриялық өлшемдерімен және шекаралардағы жағдайлармен сипатталады. Екінші бөлшектер мен кванттардың ортасымен өзара әрекеттесуі де осылай сипатталады. Иондаушы сәулеленудің күрделі конфигурациядағы гетерогенді объектілермен өзара әрекеттесуін модельдеу үшін, әрине, әртүрлі ғарыштық технологиялар жатады, Еуропалық ядролық зерттеулер орталығында (CERN) жасалған GEANT компьютерлік бағдарламалар пакеті кеңінен қолданылады. GEANT кешені өзінің әмбебаптығына байланысты қарапайым конфигурациядағы қорғаныс экрандарын қолдану кезінде де, қарастырылатын объектілерді нақты ҒА құрылымдық элементтерін қамтитын күрделі таратылған экрандау жағдайында да, ғарыштық радиацияның сіңірілген дозаларының кеңістіктік таралуын есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Жалпы GEANT атауымен қазіргі уақытта екі түрлі бағдарламалар жиынтығы бар, олар негізінен жалпы алгоритмдер мен физикалық модельдерге ие: стандартты GEANT-3 кешені 1980 - 1990 ж. ФОРТРАН тілін қолдана отырып жасалған және объектіге бағытталған бағдарламалау әдістерін қолдана отырып, C++ тілінде енгізілген жаңа GEANT-4 бағдарламалық кешені енгізілген. GEANT бағдарламасы ғарыштық радиацияға тән энергия диапазонындағы әртүрлі бөлшектердің затымен әрекеттесуді қарастыруға мүмкіндік береді. GEANT кешені үшін тежегіш ортадағы оның траекториясын бақылау тоқтатылатын бөлшектің минималды энергиясы шамамен 10 кэВ құрайды. Бұл энергия бөлшектерінің түріне және олардың ингибиторлық орта атомдарымен әрекеттесу механизмдеріне байланысты. GEANT-4 кешенінде электрондар мен фотондардың қоршаған орта атомдарымен өзара әрекеттесуін сипаттайтын қосымша деректерді тарту арқылы көрсетілген энергия шекарасын 10 эВ-қа дейін төмендетуге болады, бұл есептеулер кезінде кеңістіктік ажыратымдылықты едәуір жақсартуға мүмкіндік берді. Бастапқы және қайталама бөлшектер өзара әрекеттесетін орта Z= 1-100 зарядтары бар қарапайым заттар болуы мүмкін немесе атомдар қоспасы ретінде сипатталған күрделі материалдар болуы мүмкін. Соңғы жағдайда орта құрамды ескере отырып, заряд саны мен массалық сандардың орташа мәндерімен сипатталады. GEANT бағдарламалық кешені күрделі үш өлшемді объектілердің геометриясын сипаттау мен ұсынудың дамыған жүйесіне ие. Кез-келген объект, сәулелік модельдерді қолданғандағыдай, иерархиялық құрылымды құрайтын негізгі элементтер жиынтығынан жасалған. Элементтердің саны мен жасалған объектінің күрделілігі тек қажетті есептеу ресурстарымен шектеледі. Сур. 4.33. Әр түрлі координат жүйелеріндегі модельдерді бөлу торларын құру Мұндай геометриялық модельдің элементтері үшін объектінің іріктеу дәрежесін анықтайтын кеңістіктік бөлу торлары енгізіледі. Модель торларын декарттық, цилиндрлік немесе сфералық координаттар жүйелерінде салуға болады (сурет. 5.33). Тор ұяшығының өлшемі есептеу қадамының мәнін анықтайды. Қажет болса, біркелкі емес торларды қолдануға болады. ҒА моделіне ірі блоктар да, одан да ұсақ бөлшектер де, оларға орнатылған микросхемалары бар электронды жабдықтың жеке тақталарына дейін кіруі мүмкін. Мұндай құрылымдардың радиациялық тұрақтылығын талдау кезінде тиісті егжей-тегжейлі деңгеймен есептеулер жүргізу қажет. GEANT бағдарламасында жеткілікті статистикалық сенімді нәтижелер алу модельденген оқиғалар (объектіге түсетін бөлшектер) ~106-108 және одан жоғары болған кезде қамтамасыз етіледі. Бірнеше ондаған элементтерден тұратын салыстырмалы түрде қарапайым модельдерді есептеу үшін дербес компьютерлердің есептеу ресурстары жеткілікті. Күрделі модельдер үшін егжей-тегжейлі есептеулер жүргізу кезінде кластерлік жүйелер немесе суперкомпьютерлер сияқты қуатты есептеу жүйелерін қолдану қажет. 4.34 - сур. жалпы цилиндрлік қабықпен қоршалған көптеген элементтерден тұратын ХҒС модульдерінің бірінің геометриялық моделі және суретте көрсетілген. 4.35 осы модельдің белгілі бір бөлігінде сіңірілген дозаның кеңістіктік таралуы ұсынылған. Төменгі бөлігінде сур. 5.35 координаталық жазықтықта дозаның изоляциясы көрсетілген. Есептеу нәтижелерінің тағы бір мысалы суретте келтірілген 5.36, бұл ғарышкерлер ашық ғарышта жұмыс істеген кезде қолданатын ғарыш костюмінің есептелген моделін және күн сәулесінің өте күшті жағдайында сіңірілген дозаны таратуды көрсетеді. Космостық қабықтың әртүрлі элементтерінің қалыңдығы бірдей емес, бұл сіңірілген дозаның біркелкі бөлінбеуіне байланысты. Қорғанудың ең жоғары дәрежесі іш қуысының өмірлік маңызды органдары үшін қамтамасыз етіледі, ғарышкердің аяқ- қолдары аз дәрежеде қорғалған. GEANT кешені есептеулерді одан әрі нақтылауға мүмкіндік береді. Скафандрдың ішінде сіңірілген дозаның мәні қажет болатын органдарды бөле отырып, ғарышкер фигурасының моделін жасауға болады. Сур. 4.34. ХҒС Модулінің есептік геометриялық моделі Сур. 4.35. Модель фрагментінің координаталық жазықтығымен қимада тәуліктік сіңірілген дозаның таралуы Сур. 4.36. Ғарышкердің ғарыш кемесінің есептік моделі және оның ішіндегі сіңірілген дозаның таралуы Айта кету керек, сіңірілген дозаның таралуы ұқсас. 5.34 сурет. және 4.36, GEANT бағдарламалық жасақтамасының көмегімен де, жоғарыда сипатталған сәулелік модельдің көмегімен де есептелуі мүмкін. Алайда, соңғысы таңдалған есептеу нүктелерінің жиынтығы үшін сіңірілген D(x) дозасының таралуын алуға мүмкіндік береді, ал GEANT кешені объектінің құрылған геометриялық моделінің кез-келген ұяшығында сіңірілген доза туралы ғана емес, сонымен қатар жасушалардағы сәулелену өрісінің сипаттамалары туралы ақпарат алуға мүмкіндік береді: бастапқы және қайталама бөлшектердің энергетикалық спектрлері, олардың бұрыштық таралуы және т. б. GEANT бағдарламалық кешенін қолдана отырып, бастапқы және қайталама сәулеленудің жеке компоненттері құратын нақты ҒА конструкциялары мен жабдықтарының элементтеріндегі дозаларды оңай есептеуге болады. Мысалы, есептеу нәтижелері ҒА материалдарында түзілетін қайталама нейтрондардан сіңірілген дозаның шамасы қорғау қалыңдығының өсуімен ұлғая отырып, жалпы дозаның ондаған пайызына жетуі мүмкін екенін көрсетеді. Төмен орбитальды ҒА әсер ететін альбедо нейтрондарының дозасы шамамен 1-3% құрайды. Осы бөлімнің соңында біз қазіргі заманғы ҒА - ның белсенді өмір сүру мерзімінің артуына және олардың радиациялық әсерге сезімтал электронды және басқа да жабдықтардың көп мөлшерімен жабдықталуына байланысты, қазірдің өзінде жабдықтың жеке блоктары үшін ғана емес, сонымен қатар компоненттер үшін де сіңірілген дозаларды есептеу қажет екенін тағы бір рет атап өтеміз. Мысалы, осы блоктардың құрамына кіретін микросхемалар. Жақын арада микросхемалар элементтері үшін дозалардың мөлшерін білу қажет: транзисторлар, резисторлар, конденсаторлар және т. б. Интеграцияның жоғары дәрежесі бар заманауи чиптердегі мұндай элементтердің мөлшері шамамен 100 нм (1 нм = 10 -9 м) құрайды және төмендей береді. Мұның бәрі зерттелетін құрылымдардың егжей-тегжейлі деңгейін арттыру үшін қолданылатын есептеу әдістерін одан әрі жетілдіруді талап етеді. жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||